chemia radiacyjna
 
Encyklopedia PWN
chemia radiacyjna,
dział chemii zajmujący się chem. skutkami działania promieniowania lub cząstek o wysokiej energii na materię;
są to cząstki α, β i kwanty promieniowania γ pochodzące z rozpadu promieniotwórczego radiopierwiastków, tj. pierwiastków o nietrwałych jądrach atomowych, lub cząstki przyspieszane w różnego typu akceleratorach.
Rozkład wody pod wpływem cząstek α zaobserwowała M. Skłodowska-Curie podczas pracy z roztworami soli radu. Ponieważ produktami tej reakcji były wodór i tlen, proces ten nazwała radiolizą, przez analogię do elektrolizy wody, której produktami są także wodór i tlen. Obserwacja ta dała początek ch.r. W odróżnieniu od reakcji fotochemicznej, o których przebiegu decydują rodzaj i charakter wiązań między atomami w cząsteczce, w reakcjach radiacyjnych dominuje proces jonizacji, zależny przede wszystkim od gęstości ośrodka.
Pierwszym etapem reakcji radiacyjnej jest oderwanie elektronu od cząsteczki; proces ten zachodzi w ciągu ok. 10–18 s. W dalszych etapach zachodzą reakcje powstałych jonów z otaczającymi je cząsteczkami ośrodka. W reakcjach jonowo-cząsteczkowych powstają nietrwałe i bardzo reaktywne rodniki, jonorodniki i cząsteczki w stanie wzbudzonym, które z kolei reagują z substancjami rozpuszczonymi w danym ośrodku. Do najważniejszych reakcji radiacyjnych należy radioliza wody. Po pochłonięciu kwantu promieniowania () przez cząsteczkę wody następuje jej jonizacja:
H2O + → H2O+ + e
Jony H2O+ ulegają rozpadowi:
H2O+ → H+ + OH
a elektrony — hydratacji i następnie rozkładowi:
H2O + e → H2O → H + OH
Gdy elektron nie zdoła oddalić się poza obszar elektrostatycznego oddziaływania jonu macierzystego H2O+, ulega wychwytowi i wówczas powstaje wzbudzona cząsteczka wody (H2O*), która rozpada się na rodniki:
H2O+ + e → H2O* → H + OH
Rodniki OH i atomy wodoru rekombinują:
OH + OH → H2O2 oraz H + H → H2.
W rezultacie otrzymuje się bardzo reaktywne rodniki OH i H oraz cząsteczki: H2O2 i H2, które mogą reagować z substancjami znajdującymi się w wodzie. Skutki chem. zależą od wielkości pochłoniętej przez układ dawki promieniowania. Dawką nazywa się ilość pochłoniętej energii przez określoną masę substancji (jednostką jest grej: 1 Gy = 1 J/1 kg). Pomiarami dawek zajmuje się dozymetria. Ponieważ wskutek pochłonięcia promieniowania następuje wzrost energii wewn. układu, objawiający się wzrostem temperatury, można przez jej dokładny pomiar określić dawkę pochłoniętej energii promieniowania. Miarą chem. skutków działania promieniowania wysokoenerg. jest tzw. wydajność radiacyjna, czyli liczba powstających lub znikających indywiduów chem. wskutek pochłonięcia pewnej porcji energii przez ośrodek. Duża szybkość reakcji radiacyjnych wynika z bardzo małej energii aktywacji koniecznej do ich przebiegu. Badania mechanizmu i kinetyki reakcji radiacyjnych polegają m.in. na spowolnieniu reakcji przez zamrożenie próbki powodujące uwięzienie powstających nietrwałych produktów radiolizy w tzw. pułapkach, z których mogą się wydostać i reagować dopiero po ogrzaniu próbki. Do śledzenia reakcji z udziałem rodników stosuje się najczęściej metodę elektronowego rezonansu paramagnetycznego. Najważniejszą metodą badania bardzo szybkich reakcji radiacyjnych jest radioliza impulsowa.
Chemia radiacyjna odgrywa dużą rolę w badaniach wpływu promieniowania wysokoenerg. na organizmy żywe (sterylizacja radiacyjna, radioterapia) oraz w przemyśle (inicjowanie procesów polimeryzacji, modyfikacja właściwości tworzyw sztucznych, radiacyjna synteza chem.). Skutki promieniowania jonizującego na organizmy żywe są rezultatem zachodzących w tych organizmach reakcji radiacyjnych. Działanie promieniowania polega na inicjowaniu różnych przemian chem. lub zmianie kinetyki reakcji biegnących w organizmie. Promieniowanie może oddziaływać bezpośrednio na substancje pełniące ważne funkcje biol. (jak kwasy nukleinowe, białka, lipidy) lub pośrednio, wskutek reakcji z produktami radiolizy, zwłaszcza radiolizy wody, gł składnika komórek. Zmiany chem. substancji biologicznie aktywnych powodują uszkodzenia komórek, tkanek i całego organizmu. Wrażliwość komórek organizmu na promieniowanie jest tym większa, im większa jest ich zdolność do rozmnażania się i tym mniejsza, im mniej są one zróżnicowane. Uszkodzenie radiacyjne kwasów nukleinowych zakłóca przekazywanie informacji genetycznej. Wzrost częst. mutacji rośnie proporcjonalnie do dawki promieniowania. Chemiczne skutki działania promieniowania zależą nie tylko od dawki, lecz także od rodzaju promieniowania.
W Polsce gł. ośr. badań radiacyjnych są: Międzyresortowy Inst. Chemii Radiacyjnej Politechniki Łódzkiej oraz Inst. Chemii i Techniki Jądrowej w Warszawie.
Wyniki badań radiacyjnych są publikowane w wielu czasopismach, np. „Radiation Physics and Chemistry”, Radiation Research, w Polsce — „Nukleonika”, oraz prezentowane na licznych konferencjach.
Bibliografia
Chemia radiacyjna, red. J. Kroh, Warszawa 1980;
Wybrane zagadnienia z chemii radiacyjnej, red. J. Kroh, Warszawa 1986.
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia